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각종 말뚝검사

    각종말뚝검사 시행

말뚝검사 의뢰시 필요한 자료

    말뚝 시공도면 및 시방서, 구조계산서, 말뚝의 심도, 지질 조사도, 기타

기초 말뚝검사 및 시공성 상태조사 안내
  • 기초 및 파일검사의 중요성

    구조물들이 점차적으로 거대화됨에 따라 이 구조물들의 기초 또한 거대화 되어 가고 비중 또한 높아지고 있는 실정이다. 또한 강이나 하구, 해안, 늪 지역에서는 거대한 구조물을 지탱하는 방법으로 말뚝이나 기초를 깊이 박는 것이 유일한 해결책이었으나 점차적인 시공술의 발달과 설계의 발달로 말미암아 이러한 문제를 해결할 수 있게끔 말뚝 및 기초를 설계, 시공하게 되었다. 그러나 이러한 말뚝들이 그들의 설계 하중을 지탱할 수 있도록 확실히 보장하는 방법은 무엇보다도 엄격한 품질관리에 의한 시공관리와 시공 후 적절한 방법에 의한 말뚝의 재하능력 및 말뚝의 건전도, 말뚝의 결함 유무 등을 파악하여 또다른 시공에 반영하는 것이다. 이는 추후 시공될 상부구조물의 안정성 확보라는 측면에서 간과되어서는 안될 중요한 사항이며 장기적으로 전체 구조물의 수명과도 관계되는 중요한 부분이기 때문에 기초말뚝의 건전한 시공성 확보를 위하여 말뚝의 검사는 구조물의 시공 중에서 가장 중요하다고 할 것이다.

  • 당사에서 실행하는 말뚝 및 기초구조물 검사방법

    Simbat test (파일의 정ㆍ동적 재하시험)

    Parallel seismic test (평행 지진파 시험)

    Impedance test (충격 탄성파시험)

    Sonic coring test (투영도 시험) 기초세굴, 변형조사

  • 기초말뚝의 검사방법 선정안

    시공중인 현장타설 말뚝일 경우
    1-1) 1차적으로 sonic coring test에 의한 말뚝의 건전도 시험을 실시한다. 건전도 시험에 의하여 말뚝의 선단부 단면감소 유무, 슬라임의 근입현황, 재료분리 현상등을 1차적으로 판단하고 상태가 심한 것은 재하시험 후 사용유무를 판단한다.

    1-2) 현장 타설말뚝은 가능한 말뚝 콘크리트 타설 후 6일 내지 7일째 조사하는 것이 유리하다. 이것은 행여 생겼을지도 모를 결함에 대비하여 즉시 보수 할 수 있는 그라우팅 홀을 손쉽게 뚫을 수 있게 하기 위함이다.

    1-3) 현장타설말뚝의 시공 및 콘크리트 타설 할 곳이 수중부일 때 스며드는 물을 잡을 수 없다면 내, 외부의 압력차로 인한 선단부 재료분리 현상은 필연적이다. 따라서 이러한 곳에 말뚝을 시공할 시에는 가능한 말뚝의 중앙부에 그라우팅용 파이프를 한개 정도 사전에 매설하여 놓는 것이 바람직하다.

    1-4) Sonic coring test에 의한 시험은 ultrasonic의 발신과 수신에서 ultrasonic의 영역범위를 벗어나는 死角지대가 발생하게 된다. 따라서 가능한 많은 양의 tube를 매설하거나 tube매설의 시공금액이 문제가 될시 impedance 시험과 병행하는 것이 좋다.

    (ultrasonic의 死角지대 : 그림 A 참조)

    1-5) 선단부의 결함등으로 인하여 grouting에 의한 보강이 필요할 경우 매설된 tube나 별도의 boring hole을 뚫어 조치한다. 이때 grout가 tube hole을 막았을 경우를 대비하여 impedance test를 준비한다.

말뚝의 정,동적 재하시험
  • Simbat test의 개요

    Simbat test란 영어의 Simulation과 프랑스어인 Battage(Drop시키다)와의 합성어로써 1960년 스미스 박사의 파동 방정식 이론 (일명 두드리기 방정식에 의한 역동적 모형)을 근거로 하여 동적 반응에서 정적인 반응의 추이에 대해 수많은 모형 말뚝을 만들어 정적 동적 재하시험을 병행 실시하였다. 다양한 토질에 따라 변화하는 두가지 실험의 비교치와 결과치로서 simbat 라는 data base 를 구축하게 되었다.따라서 simbat test (정·동적 재하시험)의 기본적 이론은 말뚝의 상부 즉, 두부에 불변의 약한 지속적 운동을 가하여 말뚝 반력측정과 말뚝 반응의 비교 분석으로 이루어진다.

  • 소 개

    MISUNG은 말뚝의 정·동적 재하시험 및 건전도 충격탄성파등 시험의 전부분에 걸쳐 연구를 광범위하게 수행하고 있으며 좀 더 나은 soft ware 개발을 위하여 아래와 같은 data를 취득하고 있다.

      a) 말뚝 테스트법의 개발과 data 취득을 위한 장비
      b) data 취득을 위해 통합된 software package
      c) 말뚝에 대한 동등한 정적재하를 결정하기 위한 체계적인 절차 개발

    항타에 의한 말뚝을 근입할때 그 관입량을 측정하여 말뚝의 지지력을 항타 공식에 의하여 산정하는 방법은 말뚝과 soil의 system을 극히 단순화시켜 신뢰성 측면에서 큰 문제를 안고 있다. 이러한 항타 공식(1930년 이전에 만들어진)의 한계를 극복하기 위하여 1930년대 이후부터 1960년대 중반까지 활발한 연구가 시작되었다.

    말뚝의 두부에 직접적인 힘을 가하여 말뚝의 지지력을 측정하는 방법에 대하여 60년대 초반 Smith 박사는 새로운 이론을 제시하였다. 유럽의 국가와 미국은 이 이론에 의거 말뚝의 재하능력을 조사하는 방법을 도입하여 60년대 후반부터 말뚝에 적용하기 시작하였다.

    그러나, 이 방법 역시 문제점이 나타나기 시작했다. 이런 공식 즉, 말뚝의 지지력을 항타 공식에 대입하여 사용하는 방법(Smith 박사이론)은 간단한 P.C, PHC 말뚝 등의 적용에는 무리가 따르지 않으나 근래 개발된 큰 단면적의 대구경 현장타설 말뚝 및 다양한 토양을 보이는 기초부위에는 신뢰성에 상당한 문제점을 가져왔다.

    즉, 말뚝에 설치된 액셀레터메터에 의하여 말뚝 속으로 침투되는 하강파동속도와 strain gauge에 의하여 측정되어지는 변형률로써 완벽한 재하능력을 파악하기에는 무리가 있다. 이러한 조사방법은 하강 압축파동은 완벽한 조사가 가능하나 상승 탄성 파동의 조사는 상당히 어렵다.

    더욱 상승 탄성파동은 토양의 반응에 의한 측면 마찰의 말뚝 유동성에 의하여 그 수치는 각각 다르게 나타난다. 따라서 Simbat test에서는 이러한 문제를 수많은 실제 실험을 통하여 상승과 하강파동을 분배하였고 이것들은 뒷면 파일내에서의 파동전달 분배공식에서 나타내었다.

    simbat test는 말뚝의 측면 마찰 유동성과 서로 다른 토양의 변화와 땅의 동적변화 즉, Rdy = F (자유상승 말뚝) - F (실세상승)을 모두 100여개의 실제 말뚝 실험에서 그 값을 얻게 되었으며 상승파동의 신뢰성을 높이기 위하여 또 다른 계측기기 즉, 10-4까지 측정 가능한 electric 데오드라이트에 의한 변위치를 가속도계와 합성하여 다양한 토양으로 인한 하강 및 상승 속도의 오차를 제거하였으며 이러한 다양하고도 실제적인 실험에 의거, simbat test는 정적반응의 결과 U=Ri/kd(1-F/Ri) 라는 새로운 공식을 최초로 얻게 되었다.

    simbat test는 토양의 탄성반응, 접막반응, 파괴반응, 파괴접착반응 즉, 토양의 피라미트에 관한 판에 대한 연구와 실제 실험을 통하여 말뚝의 동적인 반응에서 정적인 반응의 추이를 알게 되었고 1960년 스미스 박사의 두드리기 파동의 방정식에서 말뚝의 재하능력 판단중 해결치 못한 토양의 활동화 모형이 완벽하게 simbat program에 삽입되었다는 것이다.

    제안 방법론은 simbat test에서 나타난 실험의 결과로써 Ray 토양의 동적 반응결과 및 Ep-Ray 그래프 등으로써 모든 충격의 총체적 방법과 유일한 충격으로써 첫번째 해석과 두 번째 해석을 보여준다. 아무튼 건설 현장에서의 원가 절감과 공기단축, 완벽한 말뚝의 재하능력 조사에 본 조사방법을 다양하게 이용할 수 있도록 권고한다.

    ▒▒▒ 제안방법론 ▒▒▒

    그외 말뚝의 두부에 물리적 힘을 가하기 위하여 폭약을 장착하고 이 폭약의 폭발로 인한 drop hammer를 자유낙하시켜 말뚝에 동적 재하를 가하는 방법은 그 위험성과 고비용으로 인하여 유럽에서는 모두 중단되었다. 폭약의 장착은 설계시 계산된 말뚝의 재하능력에 의하여 그 양이 정해지기 때문에 만약 말뚝의 시공성 상태가 약간의 불량성을 내포하고 있다면 그냥 쓸수 있는 파일이 재하 시험에 의하여 파괴되는 양상을 가져올 것이며, 폭약을 1회 장착 하는데 사용되는 비용이 엄청나므로 적은 양부터 많은 양으로 조정하여 여러번 시험할 수가 없다.

    또한, 말뚝의 지지력만을 항타 공식에 대입하여 사용하는 단순한 말뚝의 재하시험 방법은 말뚝의 시공성 상태여부를 판정하는 시공 과정에서의 시험이라고 보아야 하며, 정확한 말뚝의 재하능력 여부를 판단하는데는 신뢰성에 대한 문제가 있다고 보아야 한다.

    1980년대 초반, 유럽국가중 프랑스는 고속전철등 대형 프로젝트를 개발하면서 수많은 연약지반과 교량을 통과하는 벨기에와 파리구간의 대구경 말뚝의 재하능력시험에 대하여 고민하기 시작했다.

    이 문제를 해결하기 위하여 SIMBAT Program 을 개발하게 되었으며 이 방법은 Smith 박사의 이론과 Goble, Rausche의 WEAP V. Fioravante 및 F. MUZZI 박사의 기초부(토양부)에 반복되는 동적재하 이론등 수많은 Dynamic loading이론을 접목시켜 수치와 기하학적 이론의 바탕위에 세계에서 처음으로 정적 loading과 동적 loading의 차이에 대한 실험을 토양의 변화에 따라 100회 이상을 실시하여 정적 loading과 동적 loading의 차별을 없애고 신뢰성에 대한 문제를 종식시켜 T.G.V 전구간의 말뚝 재하시험에 적용되었다.

    현재, simbat test는 전세계적으로 시행되고 있으며 그 시행 실적은 별첨에 첨부되어 있다.

  • 제안된 방법에 대한 설명

    Simbat test는 말뚝의 동적 재하시험을 위해 포괄적으로 사용되며 말뚝 재하시험을 통해서 blow의 상세한 결과, data 획득, 각 blow를 위한 data 과정, 말뚝 동적저항 계산과 최종적으로 정적 말뚝 bearing 용량의 값을 알 수 있으며 simbat program 내에서 마찰력과 정적 loading에 대한 2가지의 재하능력이 구분되어 나타난다.

    1) 말뚝의 동적재하
    말뚝의 두부에 영향력을 미치는 대부분 Drop hammer의 떨어지는 힘은 아래와 같은 사유로 자유낙하에 의해 발생된다. 일반화된 Drop 높이의 변화는 힘 표시로 나타난다. 몇몇의 ramming units(2t-5t-8t-10t)는 500KN과 10000KN 사이의 동등한 정적 loading을 평가하기 위해 이용되며 시험 하는 말뚝을 보호하기 위하여 소형의 hammer 혹은 자유낙하의 높이를 조절하여 수회 타격하면서 말뚝의 재하능력을 측정한다. 말뚝의 상부 즉, head부는 타격하는 mass와 측정장비를 부착하기 위한 준비가 되어야 한다.

    2) Data 획득
    말뚝 head부에 부착되는 것은 정반대의 두 가지 strains gages와 두 가지의 accelerometer 그리고 말뚝으로부터 5m이내 거리에 위치한 electronic theodolite의 타켓으로 구성되어 있으며 이는 일시적, 영구적인 변위를 나타내기 위한 것이다.

    각각의 blow를 위해서 동적 힘, 가속도, 연속성, 일시적 변위 등이 기록된다. 완벽한 테스트는 10 blow의 적용과 작은 strain range 내에서의 말뚝 활동을 연구함으로써 이뤄지게 되며 Smith 박사의 이론에 대한 신뢰성을 기대하기 위하여 말뚝에 침투하는 속력외에 말뚝의 순간적 침하량과 영구적 변위의 상관관계를 조사키 위하여 10-4까지 측정 가능한 electronic theodolite를 장착하여 그 물리적 침하량을 simbat program에 삽입, 분석토록 하였다.

    ASTM D4945-89의 High-Strain Dynamic Testing of Piles에 의하여도 Note 6에 Set Rebound 측정을 위한 sheet를 수평으로 설치하도록 되어 있다. simbat test는 ASTM에서 규정된 signal의 2% 오차를 방지키 위한 electronic 데오드라이트에 의한 변위 측정까지 가능한 최신공법이다.

    SIMBAT TEST의 개략도

  • 정. 동적 재하시험 (simbat test) 시험실적

    < IMPEDANCE REFERENCE >

    지역 날짜 말뚝 종류 직경 (mm) 길이 (m)
    Chellea(Fr) 94/ 10/ 10 콘크리트 1000 12.50
    La Haye les rosesl 97/ 12/ 10 콘크리트 400 11.00
    Sete 93/ 03/ 02 콘크리트 600 13.00
    Nancy 91/ 05/ 23 콘크리트 500 12.00
    벵쿠버 91/ 04/ 02 콘크리트 1000 15.00
    몬트리올 91/ 07/ 16 콘크리트 700 16.50
    Montgru-saint-hilaire 94/ 03/ 10 콘크리트 350 13.80
    벨기에 96/ 11/ 23 콘크리트 2000 37.50
    네덜란드 97/ 09/ 25 콘크리트 1500 32.00
    스페인 96/ 10/ 10 콘크리트 1100 35.00
    프랑스 (고속 전철) 90/ 08/ 07 콘크리트 1200 42.00
    중국(천진) 2007 콘크리트 1000 45.00
    한국
    (Sonic coring 및
    simbat test 포함)
    부산 항구 94/ 08/ 08 콘크리트 1500 42.00
    광안대교 1996~1998 콘크리트 1500 43.00
    광안대교 1996~1998 콘크리트 2200 43.00
    삼랑진대교 2002 콘크리트 1500 47.00
    웅천대교 2002 콘크리트 1500 48.00
    인천대교 2005 콘크리트 1500, 2000, 2500 30.00~45.00
    을숙도대교 2006 콘크리트 1500 92.00
    안골대교 2012 콘크리트 2500 45.00

    < SISMIQUE PARALLEL TEST REFERENCE >

    지역 날짜 말뚝 종류 직경 (mm) 길이 (m)
    파리 94/ 06/ 03 콘크리트 800 15.00
    이탈리아 95/ 06/ 05 나무 300 13.00
    벵쿠버 96/ 07/ 10 콘크리트 750 18.00
    크레일 96/ 12/ 11 콘크리트 1000 32.00
    St-Remy 97/ 01/ 15 콘크리트 900 20.00
    스페인 97/ 03/ 12 콘크리트 750 25.00
    벨기에 97/ 05/ 25 콘크리트 1500 35.00
    한국 서울 97/ 09/ 09 콘크리트 450 22.00
    경남 2001 콘크리트 1500 40.00
    부산 2006 콘크리트 1500 40.00
    부산 2008 콘크리트 400 36.00
    1) SIMBAT TEST를 수행한 국가 및 위치
    SIMBAT TEST 실시 누계표(1987 ∼ 1990년)

    2005년 9월 을숙도대교 SIMBAT TEST 시험 결과자료
    * 타격높이별 동적재하에 의한 결과치

    (추의 무게 : About 10Ton, Jc = 0.25)
    순번(타격No) 타격높이(Cm) Rdy(KN) Rshaft(KN) Rtoe(KN) Ft(KN) Zvp Equivalents Rstat(KN)
    1(12) 160 18046.27 17400 646.27 22000 16373.68 13953.10
    2(13) 200 20396.57 19400 995.57 25000 17492.29 16022.50
    3(14) 250 17891.12 17400 491.12 23000 17230.87 13584.65
    4(15) 200 21363.32 21000 363.32 25000 18471.24 16746.51
    5(17) 300 23346.79 23000 346.79 29000 21539.89 17961.07
    6(19) 350 27436.27 26800 636.27 32000 24701.89 21260.80
    여기서 Ft , ZVp , Estimated static Reaction값은 첨부자료의 Force Separation Graph의 값을 적용하였다, 또한, 토질의 상태에 따른 토질계수 Jc값은 말뚝 주변 토질을 하나의 특수한 매질로 간주하여 산출되었다. 즉, Jc값을 고려한 Rstat값의 계산은 Rdy 및 ZVp 값에 Jc 값을 전장에 설명한 Jc값 범위(0.05-1.10)를 주어 이때 만들어진 직선의 최다 교차점의 값을 본 말뚝 주변의 대표 토질 값으로 간주하여 계산하였으며 이때 구해진 Jc 값은 0.25이다.

    * 타격높이별 정적재하에 의한 결과치
    (추의무게:About10Ton,K≒7000)
    순번(타격No) 타격높이(Cm) Rdy(KN) Ep(Cm) Rstat(KN)
    1(12) 160 18046.27 0.05 17696
    2(13) 200 20396.57 0.20 18996
    3(14) 250 17891.12 0.30 15791
    4(15) 200 21363.32 0.15 20313
    5(17) 300 23346.79 0.30 21246
    6(19) 350 27436.27 0.80 21836
    여기서 K는 동적반력변화에 대한 침하량의 변화량 비를 나타내는 것으로 ΔRdy/ ΔEp 곡선에서 기울기를 구하여 Simbat method 에 의한 Rstat 값을 산출하였다. 분석 결과 Simbat method에 의한 Rstat는 타격높이 350cm에서 최고의 값을 보이며, 이때 Rstat 값은 21836KN.으로 나타났다.

    * 시험에 대한 결론

    명지대교 건설공사 현장 내 P9-1번 현장타설말뚝 1본에 대하여 정․동적 재시험을 실시한 결과 최대 충격하중을 가하였을 때(H=3.5m) Rdy는 27436.27KN, 이때 Rshaft는 26800KN, Rtoe는 636.27KN으로 나타났으며 동적재하에 의한 정적재하력은 SIMBAT Program내의 Data Base상의 Estimate Reaction값은 20025.71KN, 토질의 상태를 고려한 Equivalents Static load mobilised 값은 21260.80KN인 것으로 나타났다. 한편 최종항타시까지 18.0mm의 영구침하량이 발생하였다.
    [단위 KN(ton)]
    Total dynamic Reaction(동적반력) Static Reaction(정적반력) Ep(mm)
    (영구침하량)
    Rdy
    (총동적반력)
    Rshaft
    (주면마찰력)
    Rtoe
    (선단지지력)
    Rstat
    (Jc)
    Rstat
    (K)
    27436.27
    (2797.72)
    26800
    (2732.84)
    636.27
    (64.88)
    21260.53
    (2167.97)
    21836.00
    (2226.65)
    18.0
    ※ Simbat test에 의한 정,동적 재하시험에서는 동적재하에 의한 Rstat(Jc)와 정적재하에 의한 Rstat(K) 값이 10% 이내의 편차를 보일 때 신뢰성이 있는 것으로 간주한다(Simbat 프로그램 제작시 당초 정적재하시험 후 동적재하시험과 비교한 수정분의 오차범위). 본 시험 결과 이들의 편차는 약 2.63%로 Simbat simulation에 의한 연구 결과에 따라 금번 현장 시험결과에 대한 신뢰도는 높은 것으로 판단된다.

    위 결과를 바탕으로 본 말뚝의 허용지지력을 산정하여 보면

    ● 지지력 검토
    - 설계지지력 = 평상시 884.0 ton, 지진시 1175.0 ton
    - 동적 지지력 Rdy = 2797.72 ton
    - 정적 지지력 Rstat = 2167.97 ton

    ● 침하량 검토
    DIN 4026 기준(침하량 기준) : 20mm (현장타설말뚝)
    전침하량 기준 : 0.1D = 150mm(극한하중시)
    시험시 영구침하량 = 18.0mm
    항목/말뚝번호 침하량 지지력
    침하량(mm) 기준 침하량(mm) 판정 동적 지지력(ton) 동적 지지력(ton) 설계 지지력(ton) 판정
    P9-1 18.0 20 O.K 2797.72 2167.97 884.00 O.K
    1175.00
    ※ 본 시험 결과는 안전율에 대하여 별도로 검토하지 않았다.

    기존의 정적·동적 재하시험과 simbat test 시험과의 비교

    현재 많이 사용하는 동적 재하시험

      i) Case Method : 1960년 Dr. Smith의 파동전달이론을 기본으로한 타격방정식에 의한 재하능력시험
      ii) New-Matic Dynamic load test : 타격 방정식을 기본으로 하여 폭약을 설치하고 그 폭발력으로 동적재하를 가하는 시험.

    지반의 토질이 단순하고 소구경 강관 및 P.C, P.H.C 등의 말뚝일 경우에는 기존 시험하고 있는 공법으로 말뚝의 선단 지지여부와 타격방정식에 의한 말뚝의 근입 측정을 하였으나, 지금은 다양한 토질의 변화와 대구경 현장타설말뚝으로 타격 공법에서 사용하고 있는 타격방정식을 적용하기에는 문제점이 발견되고 있다. 특히 현장타설말뚝은 말뚝의 근입방법이 boring을 하여 심어 올라오는 방법으로 타격방정식에 의한 실험과는 상당한 이론적 문제가 발생한다. simbat test는 이러한 문제점을 보완하여 만들어진 것이다.

    - Simbat test 와 기존 pile 재하시험과의 비교

    측정범위 정적재하시험 동적재하시험
    Case Method Simbat Method
    침하량 측정 yes no yes
    가속도 측정 no yes yes
    교정된 속도 no no yes
    동적 작용상태의 simulation no yes yes
    하중작용시 파일내에 작용하는 하중조절 no no yes
    (Simbat test Rdy)
    Separation of Forces, Measurement of Rdy

    결 론
    3년동안 시험하고 사용하기 시작한 Simbat test는 이제 6년 동안 현장에서 많은 재하시험을 담당하여 왔다. 또한 다른 말뚝을 위해 적용된 Striking units를 이용하였고 data 취득과 분석을 micro-computer에서 이루도록 하였으며 data의 설명은 통합된 Simbat program에서 결론지었다. 또한 simbat test는 말뚝의 다양성으로 인하여 여러 말뚝의 재하시험에 다양하게 (PC, PHC, 강관등) 사용되고 있다.

평행지진파 시험 - 프랑스규격 NFP 94-160-3
  • Parallel seismic test의 생성 배경

    상부의 구조물에 의하여 말뚝두부 부분은 더 이상 접근이 불가능하며 이용될 만한 다른 비파괴 테스트법이 거의 없는 상황에서 말뚝의 길이와 완성도에 대한 의문이 생겼다. 이러한 상황에서 말뚝의 길이와 안전성을 검토하기 위해 여러 가지 시험방법을 연구하게 되었으며 탄성파에 의한 말뚝의 검사법을 변형하여 parallel seismic test (평행 지진파)를 실행하게 되었다.

  • 평행 탄성파법

    말뚝 두부나 기초부분을 타격하여 검사하는 방법으로 진동파가 파일을 통과해 튜브내부에 있는 수신 센스까지 전달되는 signal의 time을 분석하여 파일의 상태를 검사한다.

  • 튜브설치 방법론

    끝이 봉합된 튜브는 말뚝 축과 수평으로 설치되어야 하며 예상되는 최대 기울기보다 최소 2m이상 깊이 박는다. ABS 플라스틱의 관종류(tube)가 이용되도록 권장하고 있다. 관 종류는 방수가 되어야 하며 주변 흙에 접착되는 것이어야 한다. 이는 관 삽입 후 bentonite나 시멘트 그라우팅이 되어야 한다는 것을 의미 한다. 관은 검사하고자 하는 어느 지점에서 보다 최대 400mm 떨어진 곳에 설치되어져야 한다. 관(tube)내부는 물로 가득 채워져 있어야 한다.

  • 테스트 방법론

    원거리 감지기는 0.5m∼1.0m 증가된 튜브의 기초보다 더 낮아야 한다. 각각의 증가에서 말뚝과 구조물은 설치된 hammer로 타격되어지며 hammer로부터 감지기까지 전송 signal이 기록된다.

  • 테스트 장비

    본 테스트 장비는 원거리 감지기, geophone , accelerometer , seismic 검사기 그리고 내부 제동기가 있는 hammer로 구성되어 data acquisition - system으로 구성되어 있다.

  • 보고서

    본 test의 보고서에는 아래의 내용이 수록되어 있어야 한다.
    - 각 파일의 모든 전송 signal 형태
    - 파일 유형, 흙의 상태와 방법론을 자세히 수록하여야 한다.
    - 주어진 파일 번호에 따른 결과표, 깊이에 따른 관련된 자료
    - 경사 기록과 관련되어진 자료들

  • 적용분야

    말뚝 건전도 조사

투영도 시험
  • Sonic coring test의 개요

    Sonic coring test는 1960년대 발전되어진 기술로서, Levy에 의해 설명되어 응용되어지기 시작하여 1975년 Paquel와 Briard는 이미 확인된 결함을 가지고 시공된 일련의 시험 말뚝으로 얻어진 data로 sonic coring test 결과를 발표하였으며 그 이후 그 방법이 널리 시행되었다.건설현장에서 얻어진 사례에 의하여 국내건설현장에서 말뚝 및 격벽의 콘크리트 균질성 및 건전도 테스트에 이용하고 있다.

  • sonic coring test의 시행전 작업

    sonic coring test는 시행 전 시공사가 음파의 발신과 수신기를 말뚝의 깊이까지 내려 보내야 함으로 필요한 수직 송수관(tube)의 매설은 필수적이다. 말뚝의 직경에 따라 tube의 매설 수와 범위, 견고한 매설 방법 등을 선택하여야 한다.

    - 파일직경별 튜브 최소개수

    구 분 튜브갯수 (개) 비 고
    Φ ≤ 0.6m 2
    0.6 ≤ Φ ≤ 1.2m 3
    1.2 ≤ Φ ≤ 1.5m 4
    3.0m ≤ Φ 5
    0.6≤Φ≤1.2m 일때 튜브는 3개
    1.2m<Φ≤1.5m일때 튜브는 최소4개
    Φ3.0m이상일 때 튜브는 최소5개
    TEST 시행 전 말뚝의 심도, E.L, 의심스러운 지역 말뚝에 대한 탄성계수와 콘크리트의 압축강도 등에 대한 정보가 입수되어 있어야 한다.

  • Sonic coring test를 시행후

    TEST를 시행하는 기술자는 현장에서 즉시 말뚝의 이상유무, 콘크리트의 상태 등에 대하여 건설 사의 기술자에게 정보를 제공하여야 한다. 또한, 말뚝의 test는 콘크리트 타설후 7일 정도 경과시에 시행하는 것이 바람직하다. 이것은 추후 말뚝의 결함 보수시 완전 경과되지 않은 상태에서 mechanical coring 하기가 용이하기 때문이며, 초음파의 발신과 수신이 용이한 상태까지의 경화는 6 - 7일 정도가 적당하기 때문이다. TEST를 시행하는 기술자는 콘크리트 공사에 대한 해박한 지식을 가지고 있어야 한다. 불균질한 상태를 파악하여 건설사의 실수를 바로 잡을 수 있는 조언을 하여야 한다.

  • Sonic coring test 분석시 문제점

    Sonic coring test의 시행시 매설된 tube가 콘크리트 선단면보다 더욱 깊이 매설되어 있지 않으면 선단부 조사는 불가능하다.발신과 수신의 영역 범위와 고비용의 tube를 많이 매설 하지 않고 원가를 줄여 시공하는 원인으로 인하여 초음파의 조사 범위 死角 지대가 발생한다.

    따라서, 死角 부위에 대한 결함을 찾아내지 못하는 문제를 내포하고 있다. 이러한 死角 지대는 말뚝의 직경이 크면 클수록 그만큼 넓어진다.

  • Sonic coring test의 중요성 및 실용성

    엄격한 콘크리트의 품질관리와 선별적인 파일 하중(재하)테스트를 포함하는 전통적인 방법들이 상당히 보편화 되어 있기는 하지만 하중(재하)테스트는 일반적으로 너무 비싸서 말뚝 한두개 정도를 엄선하여 테스트할 수 밖에 없는 실정이다. 이상적인 조건이라면 이것으로 충분하겠지만 땅의 가변적인 환경과 시공상의 문제점으로 다음과 같은 유형의 문제들이 존재할 수 있다.

    첫째 - 임시로 덧댄 강관을 제거했을때 콘크리트에 생기는 네킹과 아칭(arching)
    둘째 - 측벽의 붕괴면에 생기는 콘크리트의 네킹과 아칭(arching)
    셋째 - 측벽붕괴나 하부면의 불충분한 청소에 의해서 발생하는 soft toe
    넷째 - 콘크리트 위로 올라오는 트레미파이프가 콘크리트 위로 빠질 경우 발생하는 실트나 진흙, 벤토나이트의 수평층 분리 현상 다섯째 - 잘 내려가지 않는 콘크리트를 사용함으로써 발생하는 보이드(voids, 공극)
    여섯째 - 미세한 물질들이 씻겨나가면서 발생하는 곰보(honeycomb)

    Sonic coring test는 이러한 종류의 어떠한 불균질도 찾아낼 수 있으며, 가격도 저렴해 매우 실용적이라 할 수 있으나 초음파의 직선영역대를 벗어난 死角지대가 존재하므로 품질시험시 참고하여야 한다.

  • 속도계산시 유의사항

    엄격한 콘크리트의 품질관리와 선별적인 파일 하중(재하)테스트를 포함하는 전통적인 방법들이 상당히 보편화 되어 있기는 하지만 하중(재하)테스트는 일반적으로 너무 비싸서 말뚝 한두개 정도를 엄선하여 테스트할 수 밖에 없는 실정이다.

    1) Sonic Test의 이론적 배경

    ① V (Velocity) : 매질을 통과하는 파의 속도
    ② L (Distance) : 두 지점간의 거리(Tube 간 거리)
    ③ T (Time) : 도달시간
    ④ E는 매질의 동적 탄성계수
    ⑤ υ는 동적 포아승비
    ⑥ ρ는 밀도

    Tube 거리 : 40cm
    ∴ 일본건축학회식 Fc = 215 Vp - 620
    ∴ 추정압축강도식 Fc = 177 Vp - 476 (기중양생)
    = 202 - 574 (수중양생)

    그러므로 투영도 촬영에서 결함부위를 확인하고 이 부분에서의 속도와 정상부분에서의 속도를 비교하여 결함의 정도를 체크한다면 상당히 유용한 것으로 사료된다. I.T.S-2002 사양

  • 결함확인 및 속도측정 장비

  • Probe

    ⑴ 발신 probe 발신 probe가 갖춰야 할 가장 중요한 조건은 ① 견고함 ② 초음파의 전파가 최대한 분명할 것 ③ 외부에서의 간섭을 방지하기 위해 낮은 전압에서도 최대한의 힘을 발휘할 수 있어야 한다.

    ⑵ 수신 probe
    도착 전파에서 tube의 영향을 무시함으로써 콘크리트와 물의 접촉면은 초음파를 집중시키며 그 힘은 관의 중심 바로 뒤에 있는 한점에 모아진다.

    이렇게 모아지는 초음파 신호를 효율적으로 수신하기 위하여 특수하게 제작된다.
    I.T.S-2024의 데이터 출력 및 분석
    1) 현장에서의 데이터 출력
    2) 취득된 데이터의 컴퓨터 상에서의 분석 결과

  • SONIC TEST에의한 결함 및 보강 사례

    - 선단부 결함 유형

    검사 일자 : 1999년 5월 28일(1차 TEST) 단위 : M
    TRACE 4-1 TRACE 4-1
    검사 일자 : 1999년 5월 28일 (1차 TEST) 단위 : M
    TRACE 4-1 TRACE 4-1
    SONIC TEST에 의한 결함 및 보강사례
    - 1차 TEST시 PILE 선단부 2.5M ~3.0M 지점에서 파형 감지가 전혀 없음
    - PILE 중앙부 CORING후 선단부 재료분리현상 확인
    - CORING 부위로 CEMENT GROUTING
    - 2~3차 시도했으나 GROUTING 실패

    특기
    - 선단 결함부위 지하수위대로 인해 1~3차에 걸친 GROUTING 실패
    - 구조계산에 의해 MICROPILE로 보강 결정

    슬라임 혼입에 의한 결함
    선단부 슬라임 혼임에 의한 결함 검사용 TUBE을 사용하여 보강 후 재검사 실시

          선단부 골재 분리
    2) 중앙부 결함 유형
    검사 일자 : 1999년 6월 21일 단위 : M
    TRACE 2-4 TRACE 2-4
    검사 일자 : 1999년 9월 14일 단위 : M
    TRACE 4-1 TRACE 4-1
    SONIC TEST에 의한 결함 및 보강사례
    1차 TEST시 PILE 중간 부위 파형 감쇄 현상 확인
    CORING 후 재료분리 및 PILE의 절단 상태 확인
    CORING HOLE로 CEMENT GROUTING
    1차 GROUTING 실패 지하수위대로 확인
    결함 PILE 주위로 SHEET PILE 주입후 2차 GROUTING
    2차 GROUTING 에 의한 보수 보강

    말뚝 중앙부 지하수위대 이동으로 인한 공극 발생
    3) 상부 결함 유형
    검사 일자 : 2000년 11월 3일 단위 : M
    TRACE 1-3 TRACE 1-3
    검사 일자 : 2000년 11월 3일 단위 : M
    TRACE 2-3 TRACE 2-3
    SONIC TEST에 의한 결함 및 보강사례
    1차 TEST에서 PILE 상단 2.0~3.0M 지점 파형형감쇄.
    PILE CORING후 별첨사진과 같이 재료분리 현상 확인
    CORING HOLE로 CEMENT GROUTING 후 TUBE를 이용하여 재검.
    파형회복 확인

    특기
    현장에서 불량사례에 대한 검증결과
    Con'c 타설시 레미콘의 공급차질에 의해 결함지점에서 Con'c 타설 중단
    레미콘 타설시 일정시간경과후 재타설
    파형감쇄 지점에서 재료 분리 확인
    GROUTING에 의한 보강조치
    콘크리트 열화에 의한 강도저하

    콘크리트 열화에 의한 강도저하
    상부쪽 콘크리트와 하부쪽 콘크리트의 강도차 확인
    음파의 전달 속도차가 확연히 드러남.

    4) 전체적 결함 유형
    검사 일자 : 1999년 3월 27일 단위 : M
    TRACE 2-3 TRACE 2-3
    검사 일자 : 1999년 3월 27일 단위 : M
    TRACE 2-4 TRACE 2-4
    SONIC TEST에 의한 결함 및 보강사례
    PILE 전체에 걸쳐 파형의 극심한 변화 확인
    CORING에 의해 재료분리 및 CON'C 강도 상실 확인
    SIMBATEST 실시
    PILE 재시공.

    특기
    CON'C 타설시 TREMI과 다짐질에 의한 CON'C 강도 저하 및 재료분리

    5)케이싱 인발 불량으로 인한 결함

    케이싱 인발 불량으로 인한 NECKING

충격 탄성파 시험
  • 충격 탄성파(Impedance test)시험의 개요

    충격 탄성파 시험이란 어떠한 물체이든 대상의 물체에 짧은 충격을 가하면 가한 방향으로 커다란 밀도의 변화를 나타내고 ultrasonic의 영역을 포함한 광범위한 주파수대의 탄성파가 구조물의 기초 저면 혹은 말뚝 내부의 결함에 반사되어 되돌아오는 반사 신호를 측정하여 말뚝의 길이 및 결함의 깊이 여부 등을 판정하는 시험을 말한다.

  • 충격 탄성파 시험의 방법 및 구성요소

  • 충격시험결과 및 판정

    통상적인 concrete일때 concrete 내부를 통과하는 초음파의 속도는 재령 28일 일때 4000m/sec, 28일을 초과하지 않았을 때 3500m/sec로 진행되므로 충격 탄성파법은 대상물체 (기초 말뚝 혹은 concrete구조물)에 짧은 충격을 가했을때 나타나는 밀도의 변화를 나타내고 초음파영역을 포함한 광범위한 주파수대를 포착하여 graph화하고 이 graph는 mobility, velocity, force, force spectrum등으로 나타나야 한다. 또한 이를 총괄하여 mean mobility graph가 나타날 수 있어야 하며 이 graph에 의해 말뚝의 결함, 지지력, 지지 선단의 stiffness값(경도) 즉, K값의 변화를 추적하고 말뚝의 길이와 결함의 길이 형상까지도 나타날 수 있게 되어있어야 한다. 또한 기기의 기록계는 4가지의 그래프가 모두 나타나야 한다.

    탄성파에 의한 말뚝의 형상을 확인하고 최종 판정자료로 이용한다.

Plate bearing test
  • 재하시험

    일반적으로 시행되는 말뚝의 정,동적 재하시험 simbat(Simulation Battage Test)을 제외한 소형말뚝의 재하시험과 시공중인 구조물 하부의 지반지내력 시험을 결정하기 위한 재하시험 방법의 준비 등 중요사항을 열거하면 아래와 같다.

    재하방법은 시험 Pile 및 지반에 하중을 직접 적재하는 실물 재하시험과 Achor로써 저항하는 방법으로 나눌 수 있다.

    (a) 실재하에 의한 Pile 재하시험
    (주로 재하량이 낮은 소형말뚝에 적용)
    (b) 주변 Pile의 반력을 이용한 Pile 재하시험
    <그림1> PILE 연직 재하시험 기구
  • 시험장비

    재하판 (Bearing Plate)

    K.S.F 7444 규정에 의하여 두께 22mm 이상의 강재원판으로 직경 30cm, 40cm, 75cm의 3종류가 있으며, 각 현정의 여건에 따라 결정된다.

    잭(Jack)

    유압식 잭 (50ton 용량)

    다이얼 게이지(Dial Gauge)

    측정가능 눈금: 0.01mm

    1회전시 침봉의 움직임: 1mm

    침봉의 최대 이동량: 30mm

    변위계

    50mm 변위계(디지털)

    다이얼 게이지 지지대(Reference Beam For Mounting Dial Gauge)

    다이얼 게이지를 부착하는 보조 지지대

    다채널 Data 취득용 Data Loader
    재하

    발반유압을 이용한 포클레인 자중에 의한 재하(실물 하중재하는 전면 Pile처럼 실물 재하를 실시하나 현장의 상황에 따라 간편, 간단하게 재하시키기 위하여 현장에서 많이 사용하고 있는 포클레인을 이용

    컴퓨터

    변위측정용 프로그램

    내장 컴퓨터

    STA Program/SAS 97

    재하시험의 성패는 시험 Pile의 두부 변형과 지반의 수평유지에 있으므로 Pile 두부정리 및 지반 정지시 세심한 주의를 하여야 하며, 시험 중에도 두부 변형이 생기지 않도록 주의 하여야 한다.